在各種越野發燒友拍攝的視頻中常常看到越野車可以攀爬50度、甚至60度的坡,視頻非常震撼和驚險,也吸引了衆網友的流量。
汽車(包括越野車)最大的爬坡角度是有一個理論限制的,是可以計算的,無論車況多麼好,就是最牛的軍車,或者軍車的民用版,也無法超越這個理論值。
一個車輛最大爬坡角度主要受三個因素的制約:
一是車輛的接近角。主要根據車輛的定位确定的設計問題,我們這裡暫不考慮,也就是假設車輛的接近角足夠大。
二是車輛的重心。如果車輛的重心太高,爬坡可能造成車輛向後翻覆。我沒有查到很具體的數字,這裡做一個估算。車輛的重量主要集中車輛的下半部分,假設車輛重心在車輛高度的三分之一處,以坦克300為例車輛高為1903mm,車輛重心高度為634mm,軸距為2750mm,假設重心位置居中為1375mm,根據三角函數,可以計算出車輛的爬坡翻覆角度超過65度。車輛重心對車輛最大爬坡角度影響較小。
三是車輛的動力。車輛平地行進隻需要克服輪胎的滾動阻力,速度高時,還要考慮風阻。車輛爬坡需要克服的最大阻力來自于車輛自身的重力,如圖是一個45度坡的汽車受力圖,G是車輛的重量,f1=f2=G/,f1是車輛對地面形成的下壓力,f2是車輛需要克服的延坡道的重力,不考慮車輛的滾動阻力,車輛的驅動力最少也要大于f2,而車輛的驅動力來自輪胎和地面的摩擦力f=f1×μ,μ是汽車輪胎和路面的靜摩擦系數,輪胎和地面的摩擦系數最大為0.8-0.9,靜摩擦系數會大一點,假設為1,那麼車輛能夠提供的最大動力f=f1=f2,也就是在45度坡的情況下,車輛的驅動力最大隻能夠克服自身重量而已,已經無法提供克服滾動摩擦力的驅動力了。如果坡度超過45度,f2f1,汽車的驅動力已經小于其需要克服的自身重力了。
從以上分析可以看出來,車輛最大爬坡角度主要受車輛輪胎和坡道的靜摩擦力的制約,45度角已經是車輛的爬坡極限了。根據我們開車的經驗,45度鋪裝路面的坡道也需要沖坡,即利用車輛的慣性才能夠成功爬坡。如果是非鋪裝路面,由于路面摩擦系數小,即使沖坡車輛也無法成功爬45度坡。如果坡道很長,車輛的慣性很快就被消耗了,即使是摩擦系數最大的鋪裝路面,沖坡也幾乎無法成功爬45度坡。
這些分析和我的經驗是相符的。這是物理規律,不管什麼車都無法違反物理規律的。因此,很多網紅大V在視頻中說可以成功爬坡45度以上的視頻都是假的。
2022年8月23日于北京
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